Почему одни мозги быстрее адаптируются к изменениям: новое исследование выявило роль нейронных временных шкал

Скорость работы нашего мозга у всех разная, и новое исследование предполагает, что часть этих различий кроется в способности человека эффективно управлять быстрой и медленной информацией. Почему одни люди лучше других переключаются между задачами? Работа, проведенная учеными из Университета Ратгерса, показала, что именно организация нейронных связей и временные характеристики мозга помогают объяснить, почему одни люди переключаются между умственными задачами более эффективно, и почему наши когнитивные способности так сильно варьируются. Как сообщает портал EuroNews.com, наш мозг обрабатывает информацию с разной скоростью в зависимости от типа данных и задействованных областей. Не все участки мозга отвечают за одинаковые функции: разные области, и даже разные слои внутри них, обладают различными «нейронными временными шкалами» (neural timescales). Эти шкалы измеряют, как долго нейронные цепи интегрируют информацию во времени.

Различия в скорости обработки информации

Одни участки реагируют и меняются очень быстро, обеспечивая реакции в доли секунды, в то время как другие интегрируют информацию медленнее, помогая в более рефлексивных процессах, таких как понимание контекста и смысла. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, обнаружило, что распределение этих временных шкал по коре головного мозга играет решающую роль в эффективности переключения между крупномасштабными паттернами активности, связанными с поведением. Например, это касается перехода от состояния покоя к сосредоточению на сложной задаче.

Эти паттерны индивидуальны, что указывает на то, что именно различия во временных характеристиках делают одни мозги быстрее или более гибкими, чем другие. «Мы обнаружили, что различия в том, как мозг обрабатывает информацию на разных скоростях, помогают объяснить вариативность когнитивных способностей у людей», — отметил Линден Паркс, старший автор исследования и профессор психиатрии в медицинской школе Университета Ратгерса.

Связь между настройкой и когнитивными функциями

Профессор Паркс добавил: «Люди, чье устройство мозга лучше согласовано с тем, как различные области обрабатывают быструю и медленную информацию, как правило, демонстрируют более высокую когнитивную емкость».

«Мы обнаружили, что различия в том, как мозг обрабатывает информацию на разных скоростях, помогают объяснить вариативность когнитивных способностей у людей».

Команда из Ратгерса изучала, как мозг принимает сигналы и как использует белое вещество для их интеграции. Это позволяет обмениваться информацией между регионами и формировать целостное поведение. Для этого исследователи проанализировали данные нейровизуализации, полученные от 960 человек, составили карту коннективности мозга каждого участника и применили математические модели для отслеживания потока информации через мозг с течением времени.

Моделирование нейронной динамики

В созданной модели каждый отдел мозга работал со своей предпочтительной скоростью отклика. Исследователи настраивали эти скорости до тех пор, пока смоделированная активность мозга не стала соответствовать данным реальных сканирований. Мозгам с более точно «настроенными» временными характеристиками требовалось лишь небольшое внешнее воздействие для переключения между активностями. Это означает, что реальным мозгам также требовалось меньше усилий для смены состояния.

Исследование выявило, что эти паттерны тесно связаны с генетическими, молекулярными и клеточными особенностями каждого участка мозга. Когда команда сравнила эти карты времени с результатами стандартных тестов мышления участников, они обнаружили прямую корреляцию: индивиды, чьи мозги в модели переключались между состояниями более эффективно, как правило, показывали лучшие результаты. Это подтверждает наличие связи между легкостью смены состояний мозга и общими мыслительными способностями.

Перспективы дальнейших исследований

Полученные данные открывают новые горизонты для понимания индивидуальных различий в обучении и адаптации. В настоящее время исследователи планируют изучить такие состояния, как шизофрения, биполярное расстройство и депрессия. Цель состоит в том, чтобы выяснить, как нарушения в нейронной коннективности и изменения нейронных временных шкал могут влиять на обработку информации в контексте психических заболеваний.